L’air comprimé est une ressource vitale pour de nombreux équipements industriels. Mais sans contrôle adéquat de l’humidité avec des instruments de mesure appropriés, la production d’air comprimé et le maintien de sa qualité peuvent entraîner des coûts énergétiques excessifs. Antti Viitanen, chef de produit chez Vaisala, explique pourquoi la mesure d’humidité permet de d’optimiser le processus de séchage de l’air et ainsi contribuer à réduire les dépenses énergétiques.
Le séchage est l’un des principaux facteurs des coûts énergétiques des systèmes d’air comprimé. L’optimisation de ce processus peut donc générer d’importantes économies. Un séchage excessif de l’air entraînera une surconsommation énergétique, tandis qu’un séchage insuffisant peut être la sources de problématiques qui seront coûteuses à résoudre. La condensation de l’humidité dans le compresseur et les conduites d’air comprimé peut en effet provoquer des pannes de machines et une contamination de l’air et peut également conduire au blocage de certains processus. Selon l’application, différentes exigences sont imposées à l’air comprimé. Pour chaque processus, le respect d’une certaine teneur en humidité est la condition d’un fonctionnement durable sans défaillance de l’ensemble du système. La plupart des conduites d’air comprimé sont en acier ou en acier non zingué. Un taux d’humidité important entraînera au fil du temps la corrosion des tuyauteries non zinguées. L’écaillement progressive de la rouille conduira à terme à l’obstruction des buses, à des défaillances des systèmes de commande et à des arrêts de production. Ce qui nécessitera de fréquentes interventions de maintenance et des réparations coûteuses.
Le point de rosée
La mesure du point de rosée est indispensable pour optimiser le processus de séchage. Le point de rosée est la température à laquelle l’air doit être refroidi pour que la vapeur d’eau qu’il contient condense en rosée ou en givre. Quelle que soit la température, il y a une quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir. Cette quantité maximale est appelée pression de saturation de vapeur d’eau. L’ajout d’eau supplémentaire entraîne de la condensation. Cette condensation de l’air comprimé pose problème parce que l’air obstrue les tuyaux, provoque des pannes mécaniques, une contamination et du givre.
La compression de l’air augmente la pression de la vapeur d’eau et donc le point de rosée. Il est important d’en tenir compte lorsque l’on évacue l’air dans l’atmosphère avant d’effectuer une mesure. Le point de rosée au point de mesure sera toutefois différent du point de rosée dans le process.
Plage typique du point de rosée
La plage de températures du point de rosée dans l’air comprimé va de la température ambiante à -80 °C (-112 °F) voire encore plus bas dans certains cas. Les systèmes compresseurs sans sécheur tendent à produire un air comprimé saturé à la température ambiante. Dans les systèmes avec sécheurs réfrigérants, l’air comprimé traverse une sorte d’échangeur de chaleur refroidi, ce qui provoque la condensation de l’eau qui est ainsi extraite du flux d’air. Ces sécheurs produisent typiquement un air dont le point de rosée ne descend pas au-dessous de 5 °C (41 °F). Les systèmes de séchage déshydratant absorbent la vapeur d’eau du flux d’air et peuvent produire un air avec un point de rosée à -40 °C (-40 °F) et plus sec au besoin.
Mesurer le point de rosée
En installant une petite sonde de mesure dans votre système, vous pouvez surveiller la température du point de rosée et prendre le contrôle de votre processus de séchage. Avec un instrument de point de rosée portatif, vous pourrez également suivre les niveaux d’humidité dans vos conduites d’air comprimé grâce à des contrôles ponctuels réguliers.
Il faut avant tout sélectionner un instrument disposant de la plage de mesure appropriée. Il faut connaître et comprendre les caractéristiques de l’instrument liées à la pression. Les instruments de Vaisala conviennent notamment à un usage sous la pression d’un process donné. Ils peuvent être installés pour la mesure de l’air comprimé après l’expansion de celui-ci à la pression atmosphérique, mais la valeur du point de rosée obtenue doit être rectifiée si le point de rosée sous pression est le paramètre de la mesure souhaité. Pour obtenir des résultats corrects, le capteur doit évidemment être convenablement installé. Il faut notamment bien suivre les consignes d’installation de son fabricant et ne pas poser de capteurs de point de rosée à l’extrémité de dérivations ou d’autres tronçons de tuyauterie en cul-de-sac où l’air ne circule pas.
Isolation du capteur
L’installation la plus courante d’un capteur de point de rosée isole le capteur du circuit d’air comprimé. Ceci se fait en montant le capteur dans une « cellule d’échantillonnage » à monter sur un “T” dans la tuyauterie d’air comprimé au point de mesure. Une petite quantité d’air comprimé fuse alors devant le capteur. Cette cellule doit être en acier inoxydable et raccordée au “T” par une tubulure (1/4” ou 6 mm). Il est utile de monter une valve vanne d’isolation entre la cellule et le flux d’air comprimé. Ceci facilite l’installation et le retrait du capteur.
Régulation du flux
Un dispositif de régulation de débit est nécessaire pour le contrôle du flux d’air atteignant le capteur. Le débit souhaitable est de seulement 1 slpm (2 scfh). Ce dispositif peut consister en une vis de fuite ou une vanne. Pour la mesure du point de rosée sous pression, il sera monté en aval du capteur, le capteur se trouvant sous à la pression du process lorsque la valve vanne d’isolation sera ouverte. Pour la mesure du point de rosée à la pression atmosphérique, il sera installé en amont du capteur.
Prévention d’une chute de pression localisée
N’autorisez aucun dépassement du débit recommandé. Lors de la mesure du point de rosée sous pression, un débit excessif générerait une dépression locale au niveau du capteur. La température du point de rosée dépendant de la pression, il s’ensuivrait une erreur de mesure.
Sélection du matériau pour le tube
Le meilleur matériau pour le tube de montage est l’acier inoxydable. Un tube non métallique peut absorber et désorber de la vapeur d’eau, d’où un décalage de la réponse de mesure. En l’absence de tube en inox, il peut être envisagé d’utiliser un tube en PTFE ou en d’autres matériaux n’absorbant pas l’eau. Évitez les plastiques clairs ou le caoutchouc jaune.
Réduction des coûts d’installation
Il est possible de réduire les coûts d’installation des instruments de mesure du point de rosée en implantation permanente en montant le capteur directement dans la tuyauterie d’air comprimé. Dans ce cas, il est important de choisir pour le capteur un emplacement adéquat où la température de l’air comprimé soit égale ou presque égale à celle de la température ambiante. Ce choix permet non seulement d’abaisser les coûts d’installation, mais il est aussi judicieux si le point de rosée sous pression relevé est le paramètre de mesure souhaité.
